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基于組態(tài)王的大型煙機監(jiān)測診斷系統(tǒng)研究論文
摘 要：為保障煙機的安全可靠運行，實現(xiàn)科學維護，研究了基于組態(tài)王的大型煙機監(jiān)測診斷系統(tǒng)。闡述了該系統(tǒng)的組成、監(jiān)測診斷系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能，基于組態(tài)王開發(fā)的人機接口可視化界面等。該系統(tǒng)可實現(xiàn)采樣參數(shù)設(shè)置、實時監(jiān)控、實時曲線顯示、超限報警、報表查詢、歷史曲線顯示、時頻域分析、趨勢預測等功能。基于組態(tài)王設(shè)計的系統(tǒng)具有界面友好、易于操作、運行可靠、便于升級等特點，組態(tài)化設(shè)計為監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研發(fā)提供了一種新方法。
關(guān)鍵詞：大型煙機;組態(tài)王;監(jiān)測;診斷
Abstract: The monitoring and diagnosis system of large stack gas Turbine based on Kingview is studied to ensure the safety and reliability of the equipment running and achieve scientific maintenance. The system structure and the function achieved by the monitoring and diagnosis system and human-machine interface （HMI） are described. The system can achieve sampling parameters setting, real time monitoring, real time curves showing, over-limit alarming, report query, history curves showing, time-frequency field diagnosis, trend predicting etc. The system designed based on Kingview possesses friendly interface, operation easily, running reliably and updating conveniently. Configuration design provides a new way for the research on the monitoring and diagnosis system.
Key words: large stack gas turbine Kingview monitoring diagnosis
1.引言
大型煙機機組是以石油催化裂化生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高壓廢煙氣為介質(zhì)，膨脹輸出軸功，帶動發(fā)電機發(fā)電，且具有顯著的節(jié)能和環(huán)保效益的大型機組，是關(guān)鍵性設(shè)備，保證機組的安全運行、實現(xiàn)科學維護具有很大的經(jīng)濟效益 。
亞控公司的組態(tài)王軟件，是運行于Microsoft Windows 98/2000/NT/XP中文平臺的中文界面的人機界面軟件，采用了多線程、COM+組件等新技術(shù)，實現(xiàn)了實時多任務(wù)、軟件運行穩(wěn)定可靠。具有優(yōu)秀的性能、純中文界面、編程風格簡單、實時性能好，且與其他應用程序交換方便，易調(diào)試，支持數(shù)百種國內(nèi)流行的設(shè)備等特點。
本文以燕山石化的大型煙機機組為對象進行了基于組態(tài)王軟件的監(jiān)測診斷系統(tǒng)研究。
2.煙機發(fā)電機組結(jié)構(gòu)
煙機機組主要由煙氣輪機、聯(lián)軸器、減速機、發(fā)電機、勵磁機等組成，煙氣輪機為
YLTV18000GA、減速器PHILADELPHIA、氣輪發(fā)電機為上海電機廠QF-20-2、無刷勵磁機為上海電機廠ZLWS6-450＊180，結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1煙機機組結(jié)構(gòu)
其中煙氣輪機的入口出口溫度、冷卻水壓力、煙氣入口出口壓力、煙氣輪機、發(fā)電機的振動、聯(lián)接軸的溫度及軸向位移都是表征機組正常運行與否的重要參數(shù)，為了能夠掌握機組的運行狀況，特別是機組的振動和軸位移狀況，機組上安裝了振動和位移傳感器（主要是非接觸式的電渦流傳感器）等，來監(jiān)測參數(shù)變化為監(jiān)測診斷提供數(shù)據(jù)。
3.監(jiān)測診斷系統(tǒng)設(shè)計
煙機工況監(jiān)測與診斷技術(shù)是一門綜合性和應用性很強的技術(shù)，包括了信號檢測、特征提取和故障診斷決策三個部分 。組態(tài)王軟件在工控領(lǐng)域的成功應用為軟件開發(fā)提供了很好的思路，用這種“柔性化”方法開發(fā)的工控軟件具有很好的開發(fā)效率，并且能很好的適應外部需求變化。
基于組態(tài)王的煙機監(jiān)測診斷系統(tǒng)設(shè)計的主要功能應包括：（1）監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集功能。通過高性能、高速I/O驅(qū)動程序直接與外設(shè)進行通訊，達到數(shù)據(jù)采集目的;一旦采集到數(shù)據(jù)，應用程序?qū)?shù)據(jù)進行處理和加工，通過動畫和數(shù)據(jù)報表等方式，達到監(jiān)控目的;（2）人機界面操作環(huán)境。在開發(fā)系統(tǒng)中采用可視化風格界面，并利用強大的數(shù)字、文本、圖像處理，為操作人員提供最完善的人機界面;在運行系統(tǒng)中，提供給操作人員友好直觀的操作界面來改變設(shè)定值和其他關(guān)鍵值的功能，并與監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示圖形相結(jié)合;具有多種直觀的離散值報警和模擬值報警，并能以多種途徑將得到的報警通知操作人員;（3）分析診斷功能。這是監(jiān)測診斷分析組態(tài)軟件的特點之一;（4）報表功能。系統(tǒng)以用戶指定的速率采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)文件中，用戶在任何時候都能從數(shù)據(jù)文件中檢查數(shù)據(jù)、創(chuàng)建歷史數(shù)據(jù)的顯示。
圖2給出了監(jiān)測診斷分析系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2 監(jiān)測診斷分析系統(tǒng)整體結(jié)
針對監(jiān)測診斷系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，在組態(tài)王中新建工程“基于組態(tài)的煙機研究”，在工程瀏覽器中建立三個畫面main test、 monitoring test和diagnosis test，定義外部設(shè)備和重要參數(shù)變量，完成數(shù)據(jù)庫構(gòu)造等。切換到“開發(fā)系統(tǒng)”借助于組態(tài)王的工具和編輯功能進行界面設(shè)計和功能設(shè)計，在“運行系統(tǒng)”驗證系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 。
3.1監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
基于組態(tài)王的監(jiān)測系統(tǒng)運行界面如圖3，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析顯示功能。用戶可以進行采樣參數(shù)如監(jiān)視機組的采樣長度、采樣通道、數(shù)據(jù)保存的時間間隔、組數(shù)等設(shè)置;系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進行實時數(shù)據(jù)顯示，包括煙氣輪機的入口出口溫度、冷卻水壓力、煙氣入口出口壓力、煙氣輪機、發(fā)電機的振動、聯(lián)接軸的溫度及軸向位移等;用戶在界面上可以通過發(fā)電機的振動、聯(lián)接軸的軸向位移等實時數(shù)據(jù)繪制的波形圖，直觀觀察機組重要數(shù)據(jù)的變化。
圖3 監(jiān)測系統(tǒng)界面
采集、分析顯示是通過調(diào)用驅(qū)動程序完成對硬件的操作，數(shù)據(jù)采集并不直接與硬件打交道，而是通過驅(qū)動程序來控制硬件，完成硬件的初始化、數(shù)據(jù)采集和發(fā)送等與硬件控制有關(guān)的任務(wù)。組態(tài)王提供了封裝好的設(shè)備驅(qū)動程序模塊負責處理與硬件通訊和控制過程，為用戶提供簡單接口，用戶通過接口就可以方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。當監(jiān)測要求改變需要更換新的儀器硬件時，只需更改相應驅(qū)動程序，那么新儀器就能在原來系統(tǒng)中正常運行。
大量的機組起停數(shù)據(jù)，日常數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)等，保存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)凝聚了數(shù)據(jù)處理最為精華的思想 , 是管理信息的先進工具，是數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理的中心。組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)庫分為兩種：實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集的得到數(shù)據(jù)將存入實時數(shù)據(jù)庫，可以通過DDE供其他外部程序調(diào)用。
3.2診斷系統(tǒng)設(shè)計
診斷系統(tǒng)建立在監(jiān)測系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)根據(jù)用戶的選擇從歷史數(shù)據(jù)庫（存放報警、短期、中期和長期數(shù)據(jù)庫形成設(shè)備運行歷史檔案，供用戶對其調(diào)用，以便對設(shè)備進行監(jiān)視）調(diào)出�；诮M態(tài)王設(shè)計的診斷系統(tǒng)運行界面如圖4，能夠?qū)崿F(xiàn)報警、報表、歷史曲線、診斷分析等功能。報警窗口記錄了重要參數(shù)的報警狀況和重要事件的發(fā)生情況等，可以使用戶了解設(shè)備運行狀況;用戶可以在報表查詢面板上選擇所要查詢的報表，方便用戶查詢數(shù)據(jù)信息;在歷史曲線中可以查看多個變量的變化情況，可以動態(tài)增加和刪除曲線，曲線變量顯示列表給出了參數(shù)變量的統(tǒng)計信息等描述，還可以進行曲線的動態(tài)比較和曲線打印等。
為了提高設(shè)備故障診斷的準確率, 系統(tǒng)提供了預處理模塊、時域分析模塊、頻域分析模塊和小波分析等分析模塊，通過點擊就可以實現(xiàn)相應的功能。為了更進一步了解設(shè)備運行的發(fā)展狀況,系統(tǒng)提供了趨勢預測模塊, 從而使故障診斷系統(tǒng)具有更大的柔性。
圖4診斷系統(tǒng)界面
診斷系統(tǒng)中完成不同功能的程序代碼被封裝成函數(shù)形式，在組態(tài)王中通過編寫簡單的“膠水代碼” ，將這些代碼按照診斷系統(tǒng)要求封裝成模塊，完成診斷分析功能開發(fā)。診斷功能采用可擴展的接口方式，用戶可以隨意擴充模塊功能，便于升級。
監(jiān)測系統(tǒng)與診斷系統(tǒng)是既相互獨立又緊密聯(lián)系，這種獨立性使得各個部分可以被重復使用，提高了可復用性，還使得可以對某一部分進行單獨的升級，卻不影響整個系統(tǒng)的運行。
4.結(jié)論
本文作者創(chuàng)新點：采用組態(tài)化軟件組態(tài)王對大型煙機監(jiān)測診斷系統(tǒng)進行了研究，能很好的實現(xiàn)大型煙機的監(jiān)測和診斷分析要求，大幅提高了系統(tǒng)的研發(fā)效率，可隨意擴充監(jiān)測診斷系統(tǒng)功能，升級方便�；诮M態(tài)王設(shè)計的大型煙機監(jiān)測診斷系統(tǒng)，界面友好、操作方便、運行穩(wěn)定，可以及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運行故障先兆，為生產(chǎn)和維修提供了決策依據(jù)，是保證煙機機組可靠運行，防止惡性事故發(fā)生的有效手段，基于組態(tài)王的組態(tài)化設(shè)計為監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研發(fā)提供了一種新的發(fā)展方向。
參考文獻
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